Quantifying solute transport numerical dispersion in integrated surface-subsurface hydrological modeling
Notice bibliographique
Résumé
Numerical dispersion is a well-known problem that affects solute transport in groundwater simulations and can lead to wrong results, in terms of plume path overestimation and overprediction of contaminant dispersion. Numerical dispersion is generally introduced through stabilization techniques aimed at preventing oscillations, with the side effect of increasing mass spreading. Even though this issue has long been investigated in subsurface hydrology, little is known about its possible impacts on integrated surface–subsurface hydrological models (ISSHMs). In this study, we analyze numerical dispersion in the CATchment HYdrology (CATHY) model. In CATHY, a robust and computationally efficient time-splitting technique is implemented for the solution of the subsurface transport equation, whereby the advective part is solved on elements with an explicit finite volume scheme and the dispersive part is solved on nodes with an implicit finite element scheme. Taken alone, the advection and dispersion solvers provide accurate results. However, when coupled, the continuous transfer of concentration from elements to nodes, and vice versa, gives rise to a particular form of numerical dispersion. We assess the nature and impact of this artificial spreading through two sets of synthetic experiments. In the first set, the subsurface transport of a nonreactive tracer in two soil column test cases is simulated and compared with known analytical solutions. Different input dispersion coefficients and mesh discretizations are tested, in order to quantify the numerical error and define a criterion for its containment. In the second set of experiments, fully coupled surface–subsurface processes are simulated using two idealized hillslopes, one concave and one convex, and we examine how the additional subsurface dispersion affects the representation of pre-event water contribution to the streamflow hydrograph. Overall, we show that the numerical dispersion in CATHY that is caused by the transfer of information between elements and nodes can be kept under control if the grid Péclet number is less than 1. It is also suggested that the test cases used in this study can be useful benchmarks for integrated surface–subsurface hydrological models, for which thus far only flow benchmarks have been proposed.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».